立式储液罐地震响应数值分析及基础隔震研究

摘要

随着社会经济的发展,储液罐在石油、化工企业的运用越来越广泛。立式储液罐的破坏不仅可能造成石油、化工企业的直接损失,还会造成范围更大、强度更大的次生灾害,因此储罐的防震抗震得到了很多学者的高度重视。对于立式钢制锚固储液罐而言,很多学者都在借助一维简化的弹簧质量块Haroun-Housner模型来研究地震的线性响应。其主要有两个方面的不足:第一,此简化模型过于简单,无法真实地反应储罐局部结构的响应;第二,此模型只能从结构线性总响应角度来评价储罐的抗震性能,并不能考虑到几何及材料非线性效应和变厚度的罐壁等因素。对于立式钢制非锚固储液罐而言,还没有一个简单有效的模型来真实地模拟流-固耦合、几何大变形、液面大幅度晃动、材料非线性和状态非线性等多种非线性因素作用下的储罐地震反应分析问题。基于此,本文借助大型通用有限元ANSYS软件,考虑流固耦合、几何大变形、液面大幅度晃动、材料非线性、状态非线性以及罐壁变厚度等因素,建立了储罐有限元分析模型,对常见的立式圆柱形钢制储液罐在水平地震作用下进行了隔震前后的数值计算与分析。主要完成的工作如下:
　　1.系统地探讨在Ⅲ类场地9度区下,隔震层参数对不同高径比立式钢制锚固储液罐地震响应的影响规律。
　　2.系统地探讨了在Ⅲ类场地9度区下1000立方米的储液罐在不同储液高度下,隔震层参数对立式钢制锚固储液罐地震响应的影响规律。
　　3.据前面的规律来选取最优隔震参数,来对1000立方米的立式钢制锚固储液罐在Ⅲ类场地9度区下进行隔震前后震害分析并进行对比。
　　4.对经典的Clough立式钢制非锚固储液罐(Clough矮罐)建立基于考虑液体晃动及罐底提离的立式储液罐非线性ANSYS有限元模型,并在水平地震作用下进行罐底提离机理探讨以及罐壁“象足”变形仿真分析,且运用基底隔震技术来分析储罐地震响应变化规律。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 储液罐结构分类和震害分析

1.3 基础隔震体系机理及运用概述

1.4 储罐抗震研究

1.5 本文研究主要内容

2 储罐流固耦合力学基本理论及弹塑性有限元理论

2.1 储罐流-固耦合力学基本理论

2.2 储罐弹塑性本构方程及运动分析方程

2.3 本章小结

3 锚固储液罐基底隔震动力响应分析

3.1 ANSYS有限元软件简介

3.2 立式储液罐ANSYS有限元模型的建立

3.3 储液罐有限元模型验证

3.4 立式储液罐流固耦合振动分析及基底隔震动力响应分析

3.5 立式储液罐在不同液高下的隔震设计参数变化规律

3.6 储液罐震害数值分析

3.7 本章小结

4 非锚固储液罐地震动响应及隔震分析

4.1 非锚固储液罐ANSYS有限元模型的建立

4.2 非锚固储液罐有限元模型验证

4.3 考虑液体晃动及罐底提离的储液罐隔震动力响应分析研究

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文